B2FH-Papier – Wikipedia

Wissenschaftlicher Aufsatz

Das B.²FH-Papier^[1] war ein wegweisendes wissenschaftliches Papier über die Herkunft der chemischen Elemente. Der Titel des Papiers lautet “Synthese der Elemente in Sternen”, wurde aber als B bekannt²FH aus den Initialen seiner Autoren: Margaret Burbidge, Geoffrey Burbidge, William A. Fowler und Fred Hoyle. Es wurde von 1955 bis 1956 an der Universität von Cambridge und Caltech geschrieben und dann in veröffentlicht Rezensionen der modernen Physik im Jahr 1957.

Das B²Das FH-Papier überprüfte die Theorie der Sternnukleosynthese und unterstützte sie mit astronomischen Daten und Labordaten. Es identifizierte Nukleosyntheseprozesse, die für die Herstellung der Elemente verantwortlich sind, die schwerer als Eisen sind, und erklärte deren relative Häufigkeit. Das Papier wurde sowohl in der Astronomie als auch in der Kernphysik sehr einflussreich.

Nukleosynthese vor 1957[edit]

Vor der Veröffentlichung des B.²George Gamow befürwortete eine Theorie des Universums, in der fast alle chemischen Elemente oder gleichwertige Atomkerne während des Urknalls synthetisiert wurden. Gamows Theorie (die sich von der heutigen Urknall-Nukleosynthesetheorie unterscheidet) würde implizieren, dass die Häufigkeit der chemischen Elemente über die Zeit größtenteils statisch bleiben würde. Hans Bethe und Charles L. Critchfield hatten gezeigt, dass die Umwandlung von Wasserstoff in Helium durch Kernfusion die Energie liefern kann, die zur Energieversorgung von Sternen erforderlich ist, indem 1938 die Protonenprotonenkette (pp-Kette) abgeleitet wurde.^[2]Carl von Weizsäcker^[3] und Hans Bethe^[4] hatte den CNO-Zyklus 1938 bzw. 1939 unabhängig voneinander abgeleitet. So war Gamow und anderen bekannt, dass die Häufigkeit von Wasserstoff und Helium nicht perfekt statisch war. Ihrer Ansicht nach würde die Fusion in Sternen geringe Mengen an Helium produzieren, was die Häufigkeit des Urknalls nur geringfügig erhöht. Diese Sternkernkraft erforderte keine wesentliche Sternnukleosynthese. Die Elemente ab Kohlenstoff blieben ein Rätsel.

Fred Hoyle bot eine Hypothese für die Entstehung schwerer Elemente an. Beginnend mit einer Arbeit im Jahr 1946 und erweitert im Jahr 1954,^[5] Hoyle schlug vor, dass alle Atomkerne, die schwerer als Lithium sind, in Sternen synthetisiert werden. Beide Theorien waren sich einig, dass einige leichte Kerne (Wasserstoff, Helium und eine kleine Menge Lithium) nicht in Sternen erzeugt wurden, was zur heute akzeptierten Theorie der Urknall-Nukleosynthese von H, He und Li wurde.

Physik in der Arbeit[edit]

Das B²Das FH-Papier war angeblich ein Übersichtsartikel, der die jüngsten Fortschritte in der Theorie der Sternnukleosynthese zusammenfasste.^[6] Es ging jedoch über die bloße Überprüfung von Hoyles Arbeit hinaus, indem Beobachtungsmessungen der von den Burbidges veröffentlichten Elementhäufigkeit und Fowlers Laborexperimente zu Kernreaktionen einbezogen wurden. Das Ergebnis war eine Synthese aus Theorie und Beobachtung, die überzeugende Beweise für Hoyles Hypothese lieferte.

Die Theorie sagte voraus, dass sich die Häufigkeit der Elemente im Laufe der kosmologischen Zeit entwickeln würde, eine Idee, die durch astronomische Spektroskopie überprüft werden kann. Jedes Element verfügt über einen charakteristischen Satz von Spektrallinien, sodass mithilfe der Sternspektroskopie auf die atmosphärische Zusammensetzung einzelner Sterne geschlossen werden kann. Beobachtungen zeigen eine starke negative Korrelation zwischen dem anfänglichen Gehalt an schweren Elementen (bekannt als Metallizität) eines Sterns und seinem Alter. In jüngerer Zeit gebildete Sterne weisen tendenziell eine höhere Metallizität auf.

Das frühe Universum bestand nur aus den Lichtelementen, die während der Urknall-Nukleosynthese gebildet wurden. Die Sternstruktur und das Hertzsprung-Russell-Diagramm zeigen, dass die Lebensdauer eines Sterns stark von seiner ursprünglichen Masse abhängt, wobei die massereichsten Sterne sehr kurzlebig und weniger massereichere Sterne längerlebig sind. Das B²FH-Artikel argumentierten, dass ein Stern, wenn er stirbt, das interstellare Medium mit „schweren Elementen“ (in diesem Fall allen Elementen, die schwerer als Lithium sind) anreichert, aus denen neuere Sterne gebildet werden.

Das B²Das FH-Papier beschrieb Schlüsselaspekte der Kernphysik und Astrophysik, die daran beteiligt sind, wie Sterne diese schweren Elemente produzieren. Durch die Untersuchung der Tabelle der Nuklide identifizierten die Autoren verschiedene Sternumgebungen, die die beobachteten Isotopenhäufigkeitsmuster und die für sie verantwortlichen Kernprozesse erzeugen könnten. Die Autoren berufen sich auf kernphysikalische Prozesse, die heute als p-Prozess, r-Prozess und s-Prozess bekannt sind, um die Elemente zu berücksichtigen, die schwerer als Eisen sind. Die Häufigkeit dieser schweren Elemente und ihrer Isotope ist ungefähr 100.000-mal geringer als die der Hauptelemente, was Hoyles Hypothese der Kernfusion von 1954 in den brennenden Schalen massereicher Sterne stützte.^[5]

B.²FH skizzierte und analysierte umfassend die Nukleosynthese der Elemente, die schwerer als Eisen sind, indem sie freie Neutronen in Sternen einfangen. Das Verständnis der Synthese der sehr häufig vorkommenden Elemente von Silizium zu Nickel wurde noch weniger verbessert. Das Papier enthielt nicht den Kohlenstoffverbrennungsprozess, den Sauerstoffverbrennungsprozess und den Siliziumverbrennungsprozess, die jeweils zu den Elementen von Magnesium bis Nickel beitragen. Hoyle hatte bereits in seiner Arbeit von 1954 vorgeschlagen, dass die Supernova-Nukleosynthese dafür verantwortlich sein könnte.^[5]Donald D. Clayton hat die geringere Anzahl von Zitaten auf Hoyles Artikel von 1954 im Vergleich zu B zurückgeführt²FH als Kombination von Faktoren: die Schwierigkeit, Hoyles Papier von 1954 selbst für sein B zu verdauen²FH-Koautoren und allgemein unter Astronomen; Hoyle hat seine Schlüsselgleichung nur in Worten beschrieben^[7] anstatt es prominent in seine Zeitung zu schreiben; und zu Hoyles unvollständiger Überprüfung des B.²FH Entwurf.^[8]

Schreiben des Papiers[edit]

Der Caltech-Kernphysiker William Alfred Fowler nutzte seinen Sabbaturlaub, um Hoyle von 1954 bis 1955 in Cambridge zu besuchen. Das Paar lud Margaret Burbidge und Geoffrey Burbidge ein, sich ihnen in Cambridge anzuschließen, da das Paar kürzlich umfangreiche Arbeiten über die erforderlichen Sternhäufigkeiten veröffentlicht hatte um Hoyles Hypothese zu testen. Das Quartett arbeitete in Cambridge an mehreren Projekten mit. Fowler und Hoyle begannen mit der Arbeit an einer Überprüfung, die zu B werden sollte²FH. Fowler kehrte mit der noch lange nicht abgeschlossenen Arbeit nach Caltech zurück und ermutigte die Burbidges, sich ihm in Kalifornien anzuschließen. Beide Burbidges hatten 1956 von Fowler zu diesem Zweck befristete Stellen bei Caltech geschaffen.^{[citation needed]} Der erste vollständige Entwurf wurde 1956 von den Burbidges in Caltech fertiggestellt, nachdem umfangreiche astronomische Beobachtungen und experimentelle Daten hinzugefügt wurden, um die Theorie zu stützen. Margaret Burbidge, die Erstautorin der Zeitung, hat einen Großteil der Arbeit während der Schwangerschaft abgeschlossen.^[9]

Einige haben angenommen, dass Fowler der Anführer der Gruppe war, weil das Schreiben und die Einreichung zur Veröffentlichung 1956 bei Caltech erfolgten, aber Geoffrey Burbidge hat erklärt, dass dies ein Missverständnis ist. Obwohl Fowler ein versierter Kernphysiker war, lernte er 1955 noch Hoyles Theorie und erklärte später, dass Hoyle der intellektuelle Führer sei.^[10] Die Burbidges lernten von 1954 bis 1955 in Cambridge auch Hoyles Theorie. “Es gab keinen Führer in der Gruppe”, schrieb G. Burbidge 2008, “wir haben alle wesentliche Beiträge geleistet”.^[11]

Anerkennung[edit]

B.²Die FH machte wissenschaftlich auf das Gebiet der nuklearen Astrophysik aufmerksam. Durch Überprüfung der Theorie der Sternnukleosynthese und Unterstützung durch Beobachtungsergebnisse konnte B.²Die FH hat die Theorie unter den Astronomen fest etabliert.

Fowler erhielt 1983 die Hälfte des Nobelpreises für Physik, der manchmal fälschlicherweise für seine Beiträge zu B angegeben wurde²FH. Das Nobelkomitee gab an, dass der Preis für Fowlers jahrzehntelange experimentelle Arbeit über die Geschwindigkeit thermonuklearer Reaktionen in Sternkernen vergeben wurde.^[12] Fowlers Beiträge zu B.²FH umfasste die Kernphysik der s-Prozess und die r-Prozess. Etwas^[who?] haben argumentiert, dass Fred Hoyle eine ähnliche Anerkennung für die theoretische Arbeit zu diesem Thema verdient hat, und behaupten, dass seine unorthodoxen Ansichten bezüglich des Urknalls ihn davon abgehalten haben, einen Anteil am Nobelpreis zu erhalten.^[13]Geoffrey Burbidge schrieb 2008: “Hoyle hätte für diese und andere Arbeiten einen Nobelpreis erhalten sollen. Aufgrund meiner privaten Korrespondenz glaube ich, dass ein Hauptgrund für seinen Ausschluss darin bestand, dass WA Fowler als Anführer der angesehen wurde Gruppe.”^[11] Burbidge erklärte, dass diese Wahrnehmung nicht wahr sei und verwies auf Hoyles frühere Arbeiten von 1946^[14] und 1954.^[5] Burbidge sagte, dass “Hoyles Arbeit teilweise unterbewertet wurde, weil sie in einer astrophysikalischen Zeitschrift veröffentlicht wurde,^[5] und noch dazu einen neuen (tatsächlich den allerersten Band), während B.²FH wurde in einem etablierten Physikjournal veröffentlicht, Rezensionen der modernen Physik. Wenn B.²FH wurde zuerst geschrieben, Preprints wurden weit verbreitet an die Kernphysik. Willy Fowler war als führend in dieser Gemeinde sehr bekannt, und das California Institute of Technology hatte bereits ein Nachrichtenbüro, das wusste, wie man das Wort verbreitet. ”

2007 fand bei Caltech in Pasadena, Kalifornien, eine Konferenz zum 50. Jahrestag der Veröffentlichung von B statt²FH,^[15] wo Geoffrey Burbidge Bemerkungen zum Schreiben von B präsentierte²FH.

Siehe auch[edit]

Weiterführende Literatur[edit]

Verweise[edit]